RU2418273C1

RU2418273C1 - Method for thermal monitoring of moving hot bodies

Info

Publication number: RU2418273C1
Application number: RU2010100689/28A
Authority: RU
Inventors: Евгений Игнатьевич Марукович (BY); Евгений Игнатьевич Марукович; Алексей Петрович Марков (BY); Алексей Петрович Марков; Александр Израилевич Кац (BY); Александр Израилевич Кац; Александр Владимирович Волченков (BY); Александр Владимирович Волченков; Александр Михайлович Гавритов (BY); Александр Михайлович Гавритов
Priority date: 2009-09-03
Filing date: 2010-01-11
Publication date: 2011-05-10

Abstract

FIELD: physics. ^ SUBSTANCE: hot surface of a body is scanned from the front and the back in the direction of movement. Radiation flux with radially symmetrical spectral distribution is formed on each surface. Spectral components of radiation flux picked up from the front and the back is focused along its optical axis. The radiation is spectrally decomposed and the spectral energy distribution in the spatial distribution radiation spectrum of the front and rear surfaces of the body is analysed. The current temperature in real space-time coordinates of the moving body is determined from the spectrum and its moving away from or approaching focused receivers. ^ EFFECT: high reliability and efficiency of thermal monitoring moving bodies in foundry and metallurgy.

Description

Изобретение относится к измерению и контролю теплофизического состояния нагретых тел в литье и металлургии и может быть использовано для автоматизированного теплового контроля изделий других отраслей со схожими задачами технологического контроля.The invention relates to the measurement and control of the thermophysical state of heated bodies in casting and metallurgy and can be used for automated thermal control of products of other industries with similar tasks of technological control.

Известен способ теплового контроля нагретых тел, позволяющий бесконтактно производить замеры путем наведения чувствительного приемника на объект и регистрацию его сравнением с контрольным излучением [1, с.341-345].A known method of thermal control of heated bodies, which allows contactless measurements by pointing the sensitive receiver at the object and registering it by comparison with the control radiation [1, p.341-345].

Недостатками данного способа являются ограниченная зона излучений поверхности и, как следствие, необходимость в большом количестве чувствительных приемников, что снижает производительность и достоверность оценки теплофизических свойств нагретого тела.The disadvantages of this method are the limited area of surface radiation and, as a consequence, the need for a large number of sensitive receivers, which reduces the performance and reliability of the assessment of the thermophysical properties of a heated body.

Известен способ пассивного теплового контроля нагретых тел по температурному рельефу (тепловому изображению) тепловой картины. На основе «эффекта миража» осуществляются преобразования температурного распределения в соответствующий сигнал с последующей обработкой [2, с.18, с.196-197].A known method of passive thermal control of heated bodies according to the temperature relief (thermal image) of the thermal picture. Based on the "mirage effect", the temperature distribution is converted to the corresponding signal with subsequent processing [2, p.18, p.196-197].

В динамике движущегося нагретого тела из-за изменяющейся теплопроводности пограничного слоя искажается тепловая картина распределения температуры поверхности, что снижает достоверность и производительность (точечный контроль в статике).In the dynamics of a moving heated body, due to the changing thermal conductivity of the boundary layer, the thermal pattern of the surface temperature distribution is distorted, which reduces reliability and performance (point control in statics).

Известен способ оптико-электронного сканирования нагретой поверхности, когда с помощью сканирующих систем (механических устройств, оптико-электронных пространственно-временных модуляторов и т.д.) сканируют поверхность [3, с.170-172].There is a method of optoelectronic scanning of a heated surface, when using a scanning system (mechanical devices, optoelectronic spatio-temporal modulators, etc.) a surface is scanned [3, p. 170-172].

Однако устройства, реализующие такой способ, отличаются большими габаритами, невысокой разрешающей способностью и влиянием дестабилизирующих воздействий (дыма, паров и т.д.). Существенным ограничением достоверности результатов является условие жесткого визирования оптико-электронной системы.However, devices that implement this method are distinguished by large dimensions, low resolution and the influence of destabilizing effects (smoke, vapors, etc.). A significant limitation of the reliability of the results is the condition for hard sighting of the optoelectronic system.

Известен способ теплового контроля по спектральному отношению с использованием различных длин волн излучения нагретой поверхности или всего спектрального диапазона [4, с.175-180]. Однако для достоверной оценки теплового состояния поверхности необходимо знать спектральный коэффициент излучения и расстояние визирования приемника, что ограничивает достоверность и производительность контроля.A known method of thermal control by spectral ratio using different wavelengths of radiation from a heated surface or the entire spectral range [4, p.175-180]. However, for a reliable assessment of the thermal state of the surface, it is necessary to know the spectral emissivity and the viewing distance of the receiver, which limits the reliability and performance of the control.

Известен способ оценки текущего состояния поверхности сканирующим тепловизором, обеспечивающим получение интегральной картины распределения температуры всей поверхности [6].A known method for assessing the current state of the surface with a scanning thermal imager, providing an integrated picture of the temperature distribution of the entire surface [6].

Недостатками данного способа являются значительное время на формирование и обработку информации (наличие большого количества кадров), что вносит разрыв в информационно-преобразовательный процесс, когда съем первичной информации и ее обработка производятся в различных пространственно-временных координатах, и снижает достоверность и производительность контроля движущихся нагретых тел.The disadvantages of this method are considerable time for the formation and processing of information (the presence of a large number of frames), which introduces a gap in the information-conversion process, when the primary information is taken and processed in various spatio-temporal coordinates, and reduces the reliability and performance of the control of moving heated tel.

По существу ни один из известных способов измерения температуры нагретых тел не позволяет непрерывно и оперативно измерять температуру движущихся нагретых тел, особенно в производственных условиях современных скоростных технологий литья и металлургии [3, 4, 5].Essentially, none of the known methods for measuring the temperature of heated bodies makes it possible to continuously and quickly measure the temperature of moving heated bodies, especially under the production conditions of modern high-speed casting and metallurgy technologies [3, 4, 5].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому изобретению является способ бесконтактного измерения температуры поверхности нагретых тел, основанный на съемке объекта в инфракрасном и/или видимом диапазонах спектра излучения с разложением цветного изображения на компоненты, последующим покомпонентным цифровым преобразованием, сопоставлением их отображений с эталонными значениями и по ближайшим сходным с эталонными значениям идентифицирование температуры [7].The closest in technical essence and the achieved effect to the claimed invention is a method of non-contact measurement of the surface temperature of heated bodies, based on shooting an object in the infrared and / or visible ranges of the radiation spectrum with the decomposition of a color image into components, followed by component-wise digital conversion, matching their displays with reference values and according to the nearest similar to the reference values identification of temperature [7].

Однако спектральное разложение цветного изображения по трем стандартным компонентам при сложности цифрового отображения и сравнения с эталонными значениями производится в различных пространственно-временных координатах, что снижает достоверность и производительность контроля движущихся нагретых тел в процессах литья и металлургии.However, the spectral decomposition of a color image into three standard components, with the complexity of digital display and comparison with reference values, is performed in different spatio-temporal coordinates, which reduces the reliability and performance of the control of moving heated bodies in casting and metallurgy processes.

Единой технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение достоверности и производительности теплового контроля движущихся нагретых тел.A single technical challenge to which the present invention is directed is to increase the reliability and performance of thermal control of moving heated bodies.

Задача достигается тем, что в способе теплового контроля движущихся нагретых тел, включающем сканирование нагретой поверхности тела, формирование воспринятого теплового изображения, выявление и анализ информативной составляющей излучения, отличающемся тем, что одновременно сканируют поверхность спереди и сзади по направлению движения тела, формируют лучистый поток излучения с радиально симметричным спектральным распределением по каждой поверхности, фокусируют спектральные компоненты воспринятого спереди и сзади потока излучения вдоль оси потока, спектрально разлагают излучение и определяют спектрально-энергетическое распределение в пространственно-распределенном спектре излучений передней и задней поверхностей тела, а по спектру, удалению и приближению его относительно приемников излучений определяют текущую температуру в реальных пространственно-временных координатах нагретого тела.The objective is achieved in that in the method of thermal control of moving heated bodies, including scanning a heated surface of the body, forming a perceived thermal image, identifying and analyzing an informative component of radiation, characterized in that simultaneously scanning the surface in front and behind in the direction of movement of the body, forming a radiant radiation flux with radially symmetric spectral distribution over each surface, the spectral components of the radiation flux perceived in front and behind are focused along the flow axis, spectrally decompose the radiation and determine the spectral-energy distribution in the spatially distributed spectrum of the radiation of the front and rear surfaces of the body, and the current temperature in real spatial and temporal coordinates of the heated body is determined by the spectrum, its removal and approximation relative to the radiation receivers.

Способ теплового контроля движущихся нагретых тел заключается в том, что преобразование первичной информации по лучистому потоку каждой поверхности осуществляется путем создания дифракционного поля в виде совокупности асимметричных расходящихся парциальных пучков, каждой спектральной компоненте которых соответствует определенная длина волны. Из формируемого оптической системой изображения выделяется некоторая информативная часть его, содержащая сфокусированную компоненту с присутствием частичных потоков других длин волн, а в формируемой дифракционной картине в виде распределенного спектра выявляют экстремальные интенсивности воспринимаемых длин волн и по их соотношению информируют о температуре, а по положению максимума интенсивности в распределенном спектре учитывают влияние удаления от приемника передней и задней поверхностей.A method of thermal control of moving heated bodies is that the conversion of primary information on the radiant flux of each surface is carried out by creating a diffraction field in the form of a set of asymmetric diverging partial beams, each spectral component of which corresponds to a certain wavelength. Some informative part of it is extracted from the image formed by the optical system, containing a focused component with the presence of partial flows of other wavelengths, and the extreme intensities of the perceived wavelengths are revealed in the form of a distributed spectrum in the formed diffraction pattern and inform about the temperature by their ratio, and by the position of the maximum intensity in the distributed spectrum, the effect of the removal of the front and rear surfaces from the receiver is taken into account.

Источники информацииInformation sources

1. Измерения в промышленности. Справ. изд. в 3-х кн. Кн.2. Способы измерения и аппаратура: пер. с нем. / Под ред. Профоса П. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1990.1. Measurements in the industry. Ref. ed. in 3 kn. Book 2. Measurement methods and equipment: Per. with him. / Ed. Profosa P. - 2nd ed. reslave. and add. - M.: Metallurgy, 1990.

2. Неразрушающий контроль: в 5 кн. Кн.4. Контроль излучениями / Б.Н.Епифанцев, Е.А.Гусев, В.И.Матвеев и др. / Под ред. В.В.Сухорукова. - М.: Высш. шк., 1992.2. Non-destructive testing: in 5 kn. Book 4. Radiation control / B.N. Epifantsev, E.A. Gusev, V.I. Matveev, etc. / Ed. V.V.Sukhorukova. - M .: Higher. school., 1992.

3. Поскачей А.А. Оптико-электронные системы измерения температуры /2-е изд. перераб. и доп./ А.А.Поскачей, Е.П.Чубаров. - М.: Энергоатомиздат, 1998.3. Poskachey A.A. Optoelectronic Temperature Measurement Systems / 2nd ed. reslave. and add. / A.A. Poskachey, E.P. Chubarov. - M .: Energoatomizdat, 1998.

4. Марков А.П. Способы и средства оптико-электронной термоскопии /А.П.Марков, Е.И.Марукович, Е.М.Патук и др. // Литье и металлургия. №3(47), 2008. - С.175-181.4. Markov A.P. Methods and means of optical-electronic thermoscopy / A.P. Markov, E.I. Marukovich, E.M. Patuk and others // Casting and metallurgy. No. 3 (47), 2008. - S.175-181.

5. Патент RU №2149366 C1, МКИ 7 G01J 5/58. Способ бесконтактного измерения температуры.5. Patent RU No. 2149366 C1, MKI 7 G01J 5/58. Non-contact temperature measurement method.

6. Непрерывное измерение температуры в промышленности. Линейно-сканирующий термометр МР50. Raytek ^•//www.raytek.com.6. Continuous temperature measurement in industry. Linear scanning thermometer MP50. Raytek ^• //www.raytek.com.

7. Патент RU №2238529 C1, МКИ 7 G01J 5/60. Способ бесконтактного измерения температуры поверхности нагретых тел.7. Patent RU No. 2238529 C1, MKI 7 G01J 5/60. The method of non-contact measurement of the surface temperature of heated bodies.

Claims

A method of thermal control of moving heated bodies, including scanning a heated surface of a body, generating a perceived thermal image, identifying and analyzing an informative component of radiation, characterized in that they simultaneously scan the surface in front and behind in the direction of movement of the body, form a radiant radiation flux with a radially symmetric spectral distribution over each surface, the spectral components of the radiation flux perceived in front and behind along the flow axis are focused, spectrally azlagayut radiation and determine the spectral energy distribution of a spatially-distributed spectrum radiation front and rear surfaces of the body and over the spectrum, and the removal, and its relatively approximation radiation receivers determine the current temperature in real space-time coordinates of the heated body.